JP4598756B2 - Planetary gear set - Google Patents
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Abstract
Description
この出願は、米国仮出願第60/442,883号、ジェラルド フォックスによる、2003年1月27日に出願の、発明の名称「遊星歯車装置」の優先権を主張する。 This application claims priority to the title of the invention “Planetary Gearing” filed on Jan. 27, 2003 by US Provisional Application No. 60 / 442,883, Gerald Fox.
この発明は、一般に歯車装置に関し、より詳しくは遊星歯車装置に関する。 The present invention generally relates to a gear device, and more particularly to a planetary gear device.
典型的な遊星(epicyclic or planetary)歯車装置は、外歯が設けられた太陽歯車と、内歯が設けられたリング歯車と、太陽歯車とリング歯車との間に位置し且つ太陽歯車及びリング歯車の歯部と噛み合う外歯を有する幾つかの遊星歯車と、を基本的に有している。また、その典型的な装置は、それらの歯車に加えて、遊星歯車が連結されるキャリアも有する。典型的に、太陽歯車、リング歯車、又はキャリアはしっかりと固定されており、一方、動力は残りの2つの構成要素に提供され又はそこから取得され、それによって遊星装置を介し、角速度の変更又は逆変更トルクをもって動力が伝達される。なお、遊星装置によっては三つ全てが回転するものもある。 A typical epicyclic or planetary gear arrangement comprises a sun gear with external teeth, a ring gear with internal teeth, a sun gear and a ring gear between the sun gear and the ring gear. Basically, several planetary gears having external teeth that mesh with the other teeth. In addition to these gears, the typical device also has a carrier to which a planetary gear is connected. Typically, the sun gear, ring gear, or carrier is firmly fixed, while power is provided to or obtained from the remaining two components, thereby changing the angular velocity or Power is transmitted with reverse change torque. Some planetary devices rotate all three.
太陽歯車及びリング歯車は、同一の軸線(中央の軸線)を共有し、一方、遊星歯車は中央の軸線と並行且つ径方向にオフセットした軸線の周りを回転するが、これは全ての意図と目的のためであり、すなわち、少なくともそうなっていなければならない。多くの場合、オフセットした軸線と中央の軸線とは並行ではなく、遊星歯車は太陽とリング歯車との間でわずかにたわむ。これは、遊星歯車、太陽歯車及びリング歯車の歯部に沿って過度の摩耗を引き起こし、摩擦及び熱を発生させ、装置全体に過剰な騒音を生じさせる。 The sun gear and the ring gear share the same axis (center axis), while the planetary gear rotates around an axis parallel and radially offset from the center axis, which is all intended and purposeful. That is, at least it must be. In many cases, the offset axis and the center axis are not parallel and the planetary gear bends slightly between the sun and the ring gear. This causes excessive wear along the teeth of the planetary gear, sun gear and ring gear, generates friction and heat, and generates excessive noise throughout the device.
この問題は、ストラドル方式の遊星キャリアにおいて確かに存在する。このタイプのキャリアにおいて遊星歯車が回転するピンは、2つのキャリアフランジの間に延び、その両端部でキャリアフランジに固定されている。キャリアはねじれによる巻き上げを受け、それによって一方のキャリアフランジが他方のフランジよりわずか先行して回転し、遊星歯車と太陽歯車及びリング歯車との間に不十分な噛み合わせが発生する。各ピンは、その両端で断面において、フランジがピンに及ぼす剪断力及び曲げモーメントに耐えるために、十分な剪断面積及び断面係数を有するべきである。 This problem certainly exists in straddle-type planet carriers. In this type of carrier, the pin on which the planetary gear rotates extends between two carrier flanges and is fixed to the carrier flange at both ends thereof. The carrier is subject to twisting, causing one carrier flange to rotate slightly ahead of the other flange, causing inadequate engagement between the planetary gear and the sun and ring gears. Each pin should have sufficient shear area and section modulus in cross section at both ends to withstand the shear forces and bending moments that the flange exerts on the pin.
他のタイプの遊星歯車装置は、単一のフランジキャリアと、フランジに固定されてフランジから突き出すたわみピンとを利用している。この構成において、単一のキャリアフランジは遊星歯車から軸方向にオフセットしており、キャリアピンはそのフランジから遊星歯車内に突き出している(実際には貫通している)。各キャリアピンの一端はキャリアフランジに固定され、他端は、ピンを覆って戻るがまだピンから径方向に間隔をおいて遊星歯車を支持する所謂ダブルカンチレバー式でスリーブに嵌め込まれている。アール.ジェー.ヒックスの米国特許第3,303,713号明細書には、そのようなダブルカンチレバー構成が開示されている。しかし、スリーブは、そうでなければピン径を拡大することのできるスペースを占めており、転がり軸受がスリーブとそのスリーブの周囲の遊星歯車との間に挿入される場合に、ピンのために使用可能な隙間は更に少なくなる。 Another type of planetary gearing utilizes a single flange carrier and a flexible pin that is fixed to and protrudes from the flange. In this configuration, the single carrier flange is offset axially from the planetary gear and the carrier pin protrudes from the flange into the planetary gear (actually penetrates). One end of each carrier pin is fixed to the carrier flange, and the other end is fitted into the sleeve by a so-called double cantilever type that supports the planetary gear while returning from the pin while returning from the pin in the radial direction. R. Je. US Pat. No. 3,303,713 to Hicks discloses such a double cantilever configuration. However, the sleeve occupies space where the pin diameter could otherwise be enlarged and used for the pin when the rolling bearing is inserted between the sleeve and the planetary gear around the sleeve The possible gaps are further reduced.
本質的に、スリーブが遊星歯車とその歯車が回転するピンとの間に挿入されるダブルカンチレバーは、ピンの断面、そして勿論、剪断面積及び断面係数を減少させる。これは装置のトルク能力を減少させる可能性があり、故に、しばしば、ピンの有効な総断面積を増加させ且つ失われたトルク能力を幾らか回復するために、更なるピンが加えられる。更なるピンを利用すると、遊星歯車の周縁は必然的に互いにより近い間隔におかれる。必要とされるトルク能力を得るために必要とされる多数のピンは、遊星歯車間の干渉を引き起こすことがある。 In essence, a double cantilever in which the sleeve is inserted between the planetary gear and the pin on which the gear rotates reduces the cross-section of the pin, and of course, the shear area and section modulus. This can reduce the torque capacity of the device, so often additional pins are added to increase the effective total cross-sectional area of the pins and to recover some of the lost torque capacity. With the use of further pins, the peripheral edges of the planetary gears are necessarily closer together. The large number of pins required to obtain the required torque capability can cause interference between the planetary gears.
図面を参照すると、遊星歯車装置A及びBは、各々、中央軸線Xの周りに結合され、遊星歯車とともに従来型の太陽歯車及びリング歯車を有するが、遊星歯車の数は従来の遊星装置のものより多い。装置A及びBは殆どスペースをとらない一方、比較的大きいトルク伝達能力を有する。各装置はキャリアを有し、各装置の遊星歯車はそのキャリアにたわみピンを介してダブルカンチレバー構成で連結されている。ピンは、遊星歯車が回転するオフセット軸線Yを確立し、その軸線Yは中央軸線Xと厳密に平行であり、したがって、遊星歯車とリング歯車との間で良好な噛み合いを発生させ、各遊星歯車に良好な負荷分配と、数個の遊星歯車間で略均等な負荷分配とを生じさせる。ピンの総断面積は大きく、かなりのトルク伝達にも耐え得るために必要とされる剪断面積及び断面係数を提供する。 Referring to the drawings, planetary gear units A and B are each coupled around a central axis X and have conventional sun gears and ring gears with planetary gears, the number of planetary gears being that of a conventional planetary device. is more than. Devices A and B take up little space but have a relatively large torque transmission capability. Each device has a carrier, and the planetary gear of each device is connected to the carrier in a double cantilever configuration via a flexible pin. The pin establishes an offset axis Y around which the planetary gear rotates, and that axis Y is strictly parallel to the central axis X, thus producing a good mesh between the planetary gear and the ring gear, A good load distribution and a substantially even load distribution among several planetary gears. The total cross-sectional area of the pin is large and provides the shear area and section modulus required to withstand significant torque transmission.
遊星歯車装置A(図1)に戻り、遊星歯車装置Aは、太陽歯車2と、太陽歯車2の周囲に位置するリング歯車4と、太陽歯車2とリング歯車4との間に二列に位置する遊星歯車6及び遊星歯車8とを含み、遊星歯車6が一列を占め、遊星歯車8が他の列を占めている。更に、遊星歯車6は、遊星歯車8に対して互い違いに配置され、すなわち、それらは周方向にオフセットしている。したがって、歯車6の周縁は、歯車6及び歯車8が二列に結合されているために、歯車6と歯車8との間で干渉することなく歯車8の周縁に重なることができる。歯車2、4、6及び8は全て歯部を有し、遊星歯車6及び遊星歯車8は、それら歯車2、4、6及び8の歯部に沿って太陽歯車2及びリング歯車4と噛み合っている。
Returning to the planetary gear unit A (FIG. 1), the planetary gear unit A is positioned in two rows between the
更に、装置Aは遊星歯車6及び遊星歯車8が連結されるキャリア10を有し、それによって、遊星歯車6及び遊星歯車8は、軸方向に変位して互いに干渉することなく、太陽歯車2とリング歯車4との間の環状の隙間の外に移動することもない。太陽歯車2、リング歯車4、及びキャリア10は、動力が装置Aに供給され、かつ装置Aから送り出され得る装置Aの構成要素を示す。
Furthermore, the device A has a
キャリア10は、遊星歯車6の列に隣接し、更にそれら遊星歯車6の端部を越え、同様に太陽歯車2及びリング歯車4の端部を越えて位置する単一のフランジ14を含んでいる(図1)。フランジ14は、周方向に等間隔且つ中央の軸線Xから等しい半径で並べられたボア16を含む。ボア16には、短ピン20及び長ピン22が、ピン20とピン22とを交互にして嵌め込まれている。したがって、ボア16は一つおきに短ピン20を収容し、残りのボア22は長ピン22を収容する。ピン20及び22は、ピン20及び22に適度なたわみを与えるカンチレバーの形態で、フランジ14から太陽歯車2とリング歯車4との間の環状の隙間に突き出している。内側の列の歯車6は短ピン20の回りを回転し、それに対して外側の列の歯車8は長ピン22の回りを回転する。
The
各ピン20は、フランジ10に固定されている固定端に軸部26を有し、自由端に頭部28を有している(図2及び図3)。ピン20は、軸部26と頭部28との間に、ピン20のたわみ性を高めるための溝部30を有してもよい。軸部26は、フランジ10のボア16の一つからピン20の遊星歯車6の中に延びている。頭部28はまた、均一な径の円筒面を有し、その径は軸部26の径よりもわずかに大きくてもよい。頭部28は軸部26よりも幾分短くてもよいが、遊星歯車6内に部分的に位置するためにまだ十分長い。
Each
遊星歯車6は、転がり軸受34(図2及び図3)上で各々のキャリアピン20の周りを回転し、各軸受はその歯車6内でピン20の回りに位置している。実際、各軸受34は外輪として遊星歯車6を利用し、その歯車6はそれ自体2つのテーパ付き軌道面36を有し、その軌道面36には、歯車6の回転軸線Yに向って内向きで且つ互いに向って下向きのテーパが設けられている。各軸受34はまた、一体型のレーススリーブ38の形の内輪と、スリーブ38の一方に別個に形成されたリブリング40とを含んでいる(図2)。レーススリーブ38は貫通ボア42を有し、その貫通ボア42は一端においてピン20の拡大した頭部28を受容する。頭部28とスリーブ38のボア42の表面とは締りばめされ、更に、スリーブ38の頭部28と頭部28とは円形の溶接部44に沿って共に接合されている。頭部28を越えると、ボア44の表面はピン20の軸部26と離間し、したがって、第2のカンチレバーが形成される。スリーブ38は遊星歯車6の内部を通って突き出し、そこには2つのテーパ付き軌道面46が設けられ、そのテーパは、互いに向って下向きで且つ遊星歯車6の軌道面36に向って外向きに形成されている。レーススリーブ38の自由端の近くの軌道面46は、スリーブ38の一部分として形成されたスラストリブ48まで続いている。他方の軌道面46は、その大端部で、スリーブ38の取付端部の切欠部50まで続いている。リブリング40が切欠部50に嵌め合わされ、他の接合部52でスリーブ38に固定され、隣り合う軌道面46の大端部においてリブを提供している。
The
軸受34はまた、遊星歯車38のテーパ付き軌道面36とレーススリーブ38のテーパ付き軌道面46との間に二列に並べられたテーパ付きローラ54を有している(図2及び図3)。一方の列のローラ54の大端面は、レーススリーブ38のリブリング40に沿って動き、またそれによって制限され、一方、他の列のローラ54の大端部は一体のスラストリブ48に沿って動き、またそれによって制限されている。リブリング40がレーススリーブ38に固定されるその位置により、軸受34はわずかに予圧された状態にあり、その結果、軌道面36及び軌道面46とローラ54との間に隙間は存在しない。更に、二列のローラ54は頂点上にあり、それらの側面が位置する円錐形の包絡面は、遊星歯車6の軸線Yに沿って、共通な点上に頂点を有することを意味している。
The bearing 34 also has tapered
2003年10月7日に出願された、発明の名称「遊星歯車装置」、ジー.フォックス及びイー.ジャラットの米国特許出願第10/680043号明細書には、軸受34がより詳細に説明されており、その明細書の内容は本明細書に援用されている。ピン22は、その軸部26がより長いことを除き、ピン20と同様である。遊星歯車8は、ピン22の周囲に位置する同様な軸受34上を回転する。
The name of the invention “Planetary Gearing”, filed on October 7, 2003, Fox and e. The US Patent Application No. 10/680043 of Jarat describes the bearing 34 in more detail, the contents of which are incorporated herein by reference. The
ピン20及びピン22の、軸部26と頭部28との間の溝部30は、ピン20及びピン22に適度なたわみを与えるが、ピン20及びピン22が溝部30を有するか否かにかかわらず、ピン20及びピン22は、遊星歯車6及び遊星歯車8の軸線Yが軸線Xと略並行であるように曲がるべきである。これは、遊星歯車6及び遊星歯車8が太陽歯車2及びリング歯車4と適切に噛み合い、負荷が遊星歯車6及び遊星歯車8の幅方向に均一に、かつ遊星歯車6と遊星歯車8との間に一様に分配されることを保障する。
The
遊星歯車装置Aの動作中、二列の遊星歯車6及び遊星歯車8は、太陽歯車2とリング歯車4との間でトルク及び動力を伝達する。数が増加したことにより、遊星歯車6及び遊星歯車8の各々の幅は、従来の遊星装置よりも小さくなる。それらが歪んだ場合、その歪みが有する悪影響は、より広くかつより従来型の遊星歯車に生じる歪みが有するものより少ない。実際、それは、太陽歯車2及びリング歯車4の寿命だけでなく、遊星歯車6及び遊星歯車8並びにそれらの軸受34の寿命を延ばす。また、フレキシブルキャリアピン20及び22の断面積を全く損うことなく、歯車装置A全体を非常に小型化させることができる。二列の遊星歯車6及び遊星歯車8の交互の配置は、より多くの遊星歯車と、特に、モーメントが最大の場合にキャリア10のフランジ14でのピン20及び22の総断面積の増加とを可能にする。
During the operation of the planetary gear unit A, the two rows of
遊星歯車装置B(図4及び図5)は、太陽歯車62、リング歯車64、及び太陽歯車62とリング歯車64との間に二列に位置する遊星歯車66及び68を同様に有し、歯車66が一方の列に存在し、歯車68が他方の列に存在する。更に、遊星歯車66及び68は、軸線Yを規定するキャリア70に連結され、遊星歯車66及び68は軸線Yの回りを回転する。
The planetary gear set B (FIGS. 4 and 5) similarly includes a
遊星歯車装置Aに対するキャリア10と比較して、装置Bのキャリア70は2つのフランジ72及び74を有し、前者は遊星歯車66に隣接し、後者は遊星歯車68に隣接している。2つのフランジ72及び74は、それらの間に延びるブリッジ76により接続され、その意味でキャリア70はストラドルキャリアに類似している。
Compared to the
歯車66はフランジ72に固定されたピン80の回りを回転し、一方、歯車68はフランジ74に固定されたピン82上を回転する。フランジ72から突き出すピン80のそれぞれに対応して、ピン82がフランジ74から突き出し、一方、対応するピン80とピン82とは整列し、それらは接続されていない。したがって、ピン80又はピン82の各々は、一列に並ぶピン80又はピン82を含む他の全てのピン80又はピン82に関して自由に曲がる。ピン80及びピン82は遊星装置Aのキャリア10の短ピン20と類似している。更に、遊星歯車66及び68は、ダブルカンチレバーを提供するレーススリーブ38を含み、軸受34と同様に軸受84上を回転する。
遊星装置Bにおいて、その対向した遊星歯車の構成により、フレキシブルピン66及び68の各々のたわみ特性は同様のトルク特性を有し得るであろう。しかし、トルクがキャリア70に加えられ又はキャリア70から受け取られる場合、遊星の構成全体は入力側から出力側に巻き上げられる。故に、その設計上の噛み合い位置の各々でのわずかな巻き上げに従って、遊星歯車66及び遊星歯車68の歯の外形を形成するように注意しなければならない。
In the planetary device B, the flexible characteristics of each of the
歯車装置A及び歯車装置Bの両者において、軸受34及び軸受84の回転部材は必ずしもテーパローラではなく、ボール形、円筒又は球面のローラ形、あるいは針形のような他の形状を仮定してもよい。実際、軸受は必ずしも回転部材を全く含んでいなくともよい。その代わりに、各レーススリーブ38それ自体が、その周囲にある遊星歯車6、8、66又は68のジャーナルとして機能してもよい。軸受34及び84が回転部材を有する場合、軌道面36及び46は、一方で、遊星歯車6、8、66、及び68から、他方で、レーススリーブ38から、独立して形成されたレース上にあってもよい。
In both the gear unit A and the gear unit B, the rotating members of the
Claims (3)
前記太陽歯車の周囲に位置するリング歯車と、
前記太陽歯車と前記リング歯車との間の一の列に位置し、前記太陽歯車及びリング歯車に噛み合う第1遊星歯車と、
前記太陽歯車と前記リング歯車との間の他の列に位置し、前記太陽歯車及びリング歯車と噛み合う第2遊星歯車と、
前記太陽歯車及び前記リング歯車の軸方向の一方側に、前記第1遊星歯車に隣接して位置する第1フランジ、及び、前記太陽歯車及び前記リング歯車の軸方向の他方側に、前記第2遊星歯車に隣接して位置する第2フランジを有し、前記第1フランジにカンチレバー式に取り付けられかつ該第1フランジから前記第1遊星歯車まで延びる第1ピン、及び前記第2フランジにカンチレバー式に取り付けられかつ該第2フランジから前記第2遊星歯車まで延びる第2ピンを更に有し、前記第1遊星歯車が前記第1ピンの周りを回転すると共に前記第2遊星歯車が前記第2ピンの周りを回転するようになっている、キャリアと、
を備え、前記第1ピンと前記第2ピンとが、互いに分離している遊星歯車装置。The sun gear,
A ring gear located around the sun gear;
A first planetary gear located in one row between the sun gear and the ring gear and meshing with the sun gear and the ring gear;
A second planetary gear located in the other row between the sun gear and the ring gear and meshing with the sun gear and the ring gear;
A first flange located adjacent to the first planetary gear on one side in the axial direction of the sun gear and the ring gear , and a second flange on the other side in the axial direction of the sun gear and the ring gear . a second flange positioned adjacent to the planetary gear, said attached to cantilever the first flange and the first pins extending from the first flange to said first planetary gear, and cantilevered to said second flange taken lighted and second pins extending from said second flange to said second planetary gear further comprises, the second is the second planetary gear together with the first planetary gear rotates around the first pin With a carrier that rotates around the pins,
A planetary gear device in which the first pin and the second pin are separated from each other.
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